L'insegnamento è indirizzato alla comprensione di campi di moto gasdinamici di interesse aerospaziale, al fine di interpretare le diverse fenomenologie e di assimilare gli strumenti di base per la soluzione di problemi aerogasdinamici. Si considerano problemi di flussi esterni con riferimento agli aspetti delle aerodinamici di un corpo in volo, con particolare riguardo al regime in cui la compressibilità attraverso urti ed espansioni supersoniche presenta un ruolo importante (regimi di alto subsonico, transonico, supersonico e ipersonico). Vengono introdotti anche i flussi interni caratterizzati da effetti viscosi e da trasmissione di flussi di calore. Sono forniti cenni sulla fenomenologia di un flusso ipersonico relativamente alle problematiche connesse alla fase di rientro in atmosfera di una navetta spaziale. Nella prima parte del corso viene trattato il flusso inviscido e si presenta il quadro delle equazioni di governo di tali flussi. Vengono quindi esaminati i flussi canonici di riferimento utili per lo studio dei flussi attorno a profili alari, ali e corpi di rivoluzione immersi in un flusso ad alta velocità. Nella seconda parte del corso vengono introdotti gli effetti della viscosità e della conducibilità dei gas sulle fenomenologie aerogasdinamiche, vengono pertanto ricavate le equazioni di governo e sono specializzate per lo strato limite. In particolare viene esaminato il campo di moto accoppiato cinematico e termico che si genera nello strato limite per effetto dell'alta velocità e della conducibilità termica della parete lambita. Sono ricavate soluzioni analitiche delle equazioni per casi semplici. Infine si descrive la fenomenologia di base dei flussi ipersonici con particolare riguardo ai processi chimici che prendono corpo a valle di urti e nello strato limite.

Il corso è indirizzato allo sviluppo negli studenti delle capacità di interpretare e comprendere gli aspetti fondamentali che caratterizzano i processi aerogasdinamici nel campo aerospaziale. Saranno potenziate anche le capacità di analisi quantitative attraverso l'acquisizione di strumenti di base per la soluzione di problemi tipici dei flussi caratterizzati da alta velocità. Sarà infine fornita seppure in modo limitata un’attività a carattere sperimentale a supporto di alcuni argomenti trattati a lezione.

Conoscenza dei contenuti del corso di Termodinamica e di Aerodinamica.

Concetti introduttivi. Richiami della teoria cinetica dei gas. Richiami di concetti di termodinamica. Proprietà di trasporto dei fluidi: viscosità, conducibilità e diffusività. Concetto di compressibilità e condizione di compressibilità. Forze agenti su un corpo lambito da una corrente Flusso inviscido. Forma integrale delle leggi di conservazione. Forma differenziale delle equazioni. Equazione del potenziale. Teorema di Crocco. Flusso uni-dimensionale. Velocità del suono e numero di Mach. Relazioni dell'urto retto. Tubo d'urto. Propagazione di onde d'urto. Flusso di Rayleigh. Flusso di Fanno. Onde oblique in flussi supersonici. Polare dell’urto. Linee di Mach. Espansione di Prandtl-Meyer ed epicicloide. Onda d'urto obliqua. Polare dell'urto. Diagramma pressione-deflessione. Riflessione e intersezione di urti obliqui. Urti staccati e curvi dal corpo tozzo. Riflessione di onde di espansione. Interazione urto-espansione. Flusso quasi-unidimensionale. Equazione linearizzata del potenziale. Flusso subsonico linearizzato. Flusso supersonico linearizzato. Numero di Mach critico e Mach di drag rise. Profili sottili in flussi supersonici. Flusso transonico. Profili supercritici per il volo transonico. Corpo di minima resistenza d'onda. Regola delle aree. Caratteristiche aerodinamiche di profili alari e di ali in flussi compressibili. Flusso su cunei bidimensionali, su coni e su corpi di rivoluzione allungati. Effetti della viscosità e della conducibilità. Equazioni di governo. Equazioni per lo strato limite termico. Flusso di Couette termico. Soluzioni dell'equazione dell'energia. Analogie di Reynolds. Strato limite termico turbolento. Correzione del coefficiente di attrito per effetto della compressibilità e della temperatura di parete. Flussi di calore su placca piana, su bordi di attacco cilindrici e sferici. Fenomenologia dei flussi ipersonici. Teoria Newtoniana. Cenni sull’equilibrio chimico per una miscela di gas ad alta temperatura. Processi chimici a valle dell'urto retto e nello strato limite.

A lato della presentazione degli argomenti trattati nel corso, sono sviluppate in aula semplici valutazioni quantitative. Sono svolte anche esercitazioni in laboratorio inerenti allo studio del flusso attorno ad un profilo alare, allo studio del flusso in una tavola ad acqua e allo studio del flusso attorno a corpi semplici in una piccola galleria supersonica. Si richiede allo studente una relazione scritta che verrà discussa in sede di esame.

Modern Compressible Flow J.D. Anderson ( McGraw Hill ) Elements of Gasdynamics H.W. Liepmann & A. Roshko ( J.Wiley & Sons ) Viscous Fluid Flow F.M. White ( McGraw Hill ) Gasdinamica. Problemi risolti e richiami di teoria G. Iuso - F.Quori ( Levrotto- Bella )

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L'esame si svolge in forma scritta ed è strutturato in tre sezioni. La prima sezione è composta da venti domande che coprono l’intero programma svolto e a cui bisogna dare risposte brevi. La seconda parte prevede due domande di approfondimento dove sono previste anche trattazioni analitiche. La terza sezione richiede lo svolgimento di due esercizi. Per ogni sezione sono disponibili dieci punti. Per la prima e la seconda sezione non è possibile consultare alcun materiale didattico. Per la risoluzione degli esercizi è possibile consultare solo il formulario, tabelle e diagrammi disponibili sul sito web del corso. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. E’ possibile ritirarsi entro le due ore previste per la prova senza che questo comporti la registrazione del voto.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.